KR20180126376A - 모사 이동층 자일렌 분리 공정, 및 파라자일렌-풍부 공급물을 처리하는 유닛에 최적화된 작동 조건 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파라자일렌-풍부 공급물 (25 중량% 초과의 파라자일렌) 의 처리에 사용될 수 있는 자일렌의 모사 이동층 분리 공정으로서, 작동 조건이 사이클 시간과 탈착제 유량 사이의 특정한 관계에 의해 최적화되는 공정을 기재한다.

Description

모사 이동층 자일렌 분리 공정, 및 파라자일렌-풍부 공급물을 처리하는 유닛에 최적화된 작동 조건 {SIMULATED MOVING BED XYLENES SEPARATION PROCESS, AND OPTIMIZED OPERATING CONDITIONS FOR UNITS TREATING PARAXYLENE-RICH FEEDS}

본 발명은 다른 C8 방향족 이성질체로부터 파라자일렌을 분리하는 분야에 관한 것이다. 이러한 분리를 수행하기 위해서, 용어 "모사 이동층 분리 공정 (simulated moving bed separation process)" (약어로 SMB), 또는 "모사 역류 분리 (simulated counter-current separation) (약어로 SCC), 또는 사실상 "VARICOL 공정" 으로 공지된 일련의 공정 및 관련 장치가 사용되며, 이는 이하에서 SCC 분리 공정의 일반적인 칭호로 표기된다. 보다 정확하게, 본 발명의 목적은, 통상적이지 않은 파라자일렌-풍부 공급물의 경우, 공급물 중에 함유된 파라자일렌 유량에 대한 탈착제 유량의 함수로서 사이클 시간을 수득함으로써, 주어진 유닛에 대한 작동 조건을 최적화시키는 것이다. 용어 "파라자일렌-풍부 공급물" 은, 25 중량% 초과, 및 더욱 특히는 25.01 중량% 내지 60 중량% 범위의 파라자일렌 함량을 갖는 공급물을 의미한다.

SCC 분리는 선행 기술에 널리 공지되어 있다. 일반적으로, 모사 역류 방식으로 작동하는 파라자일렌 분리 공정은, 적어도 4 개, 및 가능하게는 5 또는 6 개의 구역을 포함하고, 이러한 구역은 각각 특정 수의 연속적인 층 (bed) 로 구성되며, 각각의 구역은 공급 지점과 인출 지점 사이의 이의 위치에 의해 정의된다. 전형적으로, 파라자일렌의 제조를 위한 SCC 유닛에는 분별하고자 하는 적어도 1 종의 공급물 (F) (파라자일렌 및 다른 C8 방향족 이성질체를 함유함) 및 때때로 용리액으로서 공지되는 탈착제 (D) (일반적으로 파라디에틸벤젠 또는 톨루엔) 가 공급되고, 파라자일렌 이성질체 및 탈착제를 함유하는 적어도 1 종의 라피네이트 (R), 및 파라자일렌 및 탈착제를 함유하는 추출물 (E) 가 상기 유닛으로부터 인출된다.

자일렌의 분리를 위한 모사 이동층 공정은, 통상적으로 탈착제의 높은 흐름의 비용으로, 따라서 높은 유틸리티 비용 (증류 컬럼, 펌프 등의 재비등) 으로 생산성을 최대화하려고 의도된 조정으로 작동된다.

본 발명은 낮은 탈착제 비 (ratio) 의 분야, 즉 탈착제 유량과 공급물 유량 사이의 낮은 비의 분야에 관한 것으로, 생산성과 탈착제 유량의 감소, 및 이에 따른 작동 비용의 감소 사이에서 타협점에 도달하는 것이다.

본 발명자들은 특히 탈착제 유량과 사이클 시간, 즉 유닛으로부터의 주입물 및 인출물이 컬럼을 따라 이동하여 이들의 초기 위치로 되돌아갈 때까지 걸린 시간 사이의 관련성에 관한 어떠한 선행 기술도 발견하지 못했다. 또한, 본 발명에서 고려되는, 높은 파라자일렌 함량을 갖는 공급물에 대한 이러한 유형의 어떠한 개시도 발견하지 못했다.

본 발명은 C8 이성질체의 공급물 중에 함유된 파라자일렌의 분리 및 정제를 위한 모사 이동층 유닛에 대한 일련의 최적화된 조정으로서, 공급물 중 파라자일렌 함량이 25.01 중량% 내지 60 중량% 범위이고, 에틸벤젠 함량이 2 중량% 내지 15 중량% 범위인 최적화된 조정을 기재한다. 용어 "최적화된 조정" 은, 주어진 탈착제 유량에 대하여, 순도 및 수율 성능 뿐 아니라 최대 파라자일렌 생산성이 달성된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

모사 이동층 자일렌 분리 유닛은, 층의 수가 4 내지 24 개 범위, 바람직하게는 6 내지 18 개 범위, 및 더욱 바람직하게는 8 내지 15 개 범위인, 적어도 1 종의 컬럼을 사용한다.

유닛의 구성은, 하기와 같이, 전체 유닛에서의 층의 총 수, N_총에 대하여, 구역 j (j 는 1 내지 4 범위임) 에 대한 평균 층수, Nzj 를 정의함으로써 정의될 수 있다:

Nz1 = (N_총 * 5/24) * (1 ± 0.2)

Nz2 = (N_총 * 9/24) * (1 ± 0.2)

Nz3 = (N_총 * 7/24) * (1 ± 0.2)

Nz4 = (N_총 * 3/24) * (1 ± 0.2)

4 개의 크로마토그래피 구역은 하기와 같이 정의된다:

· 구역 1: 탈착제 (D) 의 주입과 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함된, 파라자일렌 탈착 구역;

· 구역 2: 추출물 (E) 의 인출과 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 주입 사이에 포함된, 파라자일렌 이성질체 탈착 구역;

· 구역 3: 공급물의 주입과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함된, 파라자일렌 흡착 구역;

· 구역 4: 라피네이트 (R) 의 인출과 탈착제 (D) 의 주입 사이에 위치한 구역.

본 발명의 맥락에서 사용된 탈착제는 파라디에틸벤젠이다.

모사 이동층에 대한 최적화된 조정은, 가중 사이클 시간 (weighted cycle time) 에 대한 탈착제 비 쌍의 형태로 기재된다.

탈착제 비는, 공급물 중에 함유된 파라자일렌 유량에 대한 탈착제 유량의 비이다.

사이클 시간은 흡착기 내 동일한 위치로의 탈착제의 2 회 주입 사이의 시간 간격이다. 본원에서는, 인자:

가 곱해질 때, "가중 (weighted)" 시간으로서 공지된다.

1/s 의 단위로 표현되는, 비

는, 본 발명의 상세한 설명에서 이하 보다 상세하게 기재되는 바와 같은, 파과 (breakthrough) 실험에 의해 결정된다.

측정치 σ ² 가 흡착제의 전반적인 물질 이송을 나타내며, 시험 툴 (tool) 의 라인 및 컬럼에서의 유체역학과 관련된 분산을 나타내는 것이 아니라는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이를 위하여, 파과 시험은 흡착제가 충전된 컬럼을 이용하여 수행된 시험에서와 동일한 조건 하에서 수행되어야 하지만, 컬럼은 흡착제의 직경에 필적하는 직경을 갖는 유리 비드로 충전되어야 한다. 흡착제 존재 하에서 수득된 σ ² 의 측정치는 흡착제 부재 하에서 이러한 시험 동안 수득된 측정치 σ ² _blank 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 30 배 더 높아야 한다.

L _lit 는 미터로 표시되는 층의 길이를 나타내고, ε _i 는 흡착제 층의 평균 간극 다공도 (interstitial porosity) 를 나타낸다.

최적화된 사이클 시간 (컬럼 내 동일한 위치로의 탈착제의 2 회 주입 사이의 시간 간격) 은, 하기 인자를 사용하여 가중 사이클 시간으로부터 결정된다:

.

층의 길이 (L _lit ) 및 이의 간극 다공도 (ε _i ) 를 알면, 파라자일렌 유량에 대한 탈착제 유량의 비, 따라서 목적하는 최적의 탈착제 유량 (Q_D) 이, 하기 3 개의 표에 의해, 공급물 중 파라자일렌 농도 (PX) 범위에 걸쳐 결정된다 (Q_PX 는 도입한 파라자일렌 유량을 나타냄):

본 발명에 따른 모사 이동층 자일렌 분리 공정의 작동 조건은 하기와 같다:

- 작동 온도는 일반적으로 100℃ 내지 250℃ 범위, 바람직하게는 120℃ 내지 180℃ 범위이고,

- 압력은 공급물을 구성하는 자일렌 혼합물의 버블 (bubble) 압력 내지 3 MPa 범위임.

본 발명에 따른 모사 이동층 자일렌 분리 공정을 위한 공급물 중 수분 함량은, 일반적으로 70 내지 140 ppm 범위, 바람직하게는 80 내지 120 ppm 범위이다.

본 발명에 따른 자일렌 분리 공정에 사용된 탈착제는 파라디에틸벤젠이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, "런-어라운드 (run-around)" 를 감소시키고, 공정의 운영 비용 (OPEX) 을 최적화하기 위한, 낮은 탈착제 비 범위를 갖는 공정의 최적화된 조정이다. 용어 "최적화된 조정" 은, 요구되는 수준의 순도 및 수율 (전형적으로, 파라자일렌 순도 99.5% 초과, 바람직하게는 99.6% 초과, 및 더욱 바람직하게는 99.7% 초과, 및 파라자일렌 수율 95% 초과, 바람직하게는 96% 초과, 및 더욱 바람직하게는 97% 초과) 을 보장하면서, 동시에 주어진 수준의 생산성을 위한 탈착제의 최소 유량을 수득하기 위하여 사용될 수 있는 조정을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 현 기술 수준에서, 자일렌 분리 유닛의 최적화된 조정을 위한 방법은 존재하지 않는다.

본 발명은 다른 C8 방향족 이성질체와 관련하여 통상적이지 않은 것으로 지칭되는, 파라자일렌이 풍부한, 즉 25.01 중량% 내지 60 중량% 의 파라자일렌을 포함하는 공급물 (F) 로부터 출발하는 고순도 파라자일렌의 제조 방법에 관한 것이다.

공정의 하나의 특징에 있어서, 본 발명에 다른 공정의 흡착제는 X 제올라이트의 결정 및 비(非)제올라이트성 상, 바람직하게는 바륨으로 교환되거나, 또는 바륨 및 칼륨으로 교환된 포자사이트 (faujasite) 유형의 제올라이트를 기반으로 하는 제올라이트 흡착제이다.

전형적으로 99.7 중량% 이상으로의, SMB 를 사용하는 상업적 순도 파라자일렌의 분리는, n 개의 흡착제 층을 포함하는 SMB 장비에서 산업적으로 수행되고, 여기서 n 은 가능하게는 4 내지 24 개 범위의 층, 바람직하게는 6 내지 18 개 범위의 층, 및 더욱 바람직하게는 8 내지 15 개 범위의 층이다.

층의 수는, 각각의 층이 바람직하게는 70 cm 내지 1.40 m 범위의 높이를 갖는 방식으로 조정된다.

각각의 구역의 구성, 즉 본 발명에 따른 유닛의 구역 당 평균 층수는, 고정적 (따라서 다양한 주입 또는 인출 지점에 대한 이동이 동시적임) 또는 가변적인 다수의 층을 가질 수 있다. 후자의 경우, 2 개의 주입 지점 및 2 개의 인출 지점에 대한 이동이 동시적이 아니기 때문에, 특허 FR2785196 에 교시된 바와 같이, 사이클 동안 범자연수 (whole number) 가 아닌 구역 당 평균 층수를 갖게 된다.

유닛의 구성은, 하기와 같이, 전체 유닛에서의 층의 총 수, N_총에 대하여, 구역 j (j 는 1 내지 4 범위임) 에 대한 평균 층수, Nzj 를 정의함으로써 정의될 수 있다. 이러한 표현에서, 제 1 지수 z 는 고려 중인 구역에서의 층의 수이고, 제 2 지수 j (이는 1 내지 4 로 가변적임) 는, 고려 중인 구역을 나타낸다.

Nz1 = (N_총 * 5/24) * (1 ± 0.2)

Nz2 = (N_총 * 9/24) * (1 ± 0.2)

Nz3 = (N_총 * 7/24) * (1 ± 0.2)

Nz4 = (N_총 * 3/24) * (1 ± 0.2)

상기 식을 적용하면, 층의 수가 정수가 아닌 것으로 판명될 수 있다. 이는 상기와 같은 작동을 가능하게 하는 "Varicol" 변형으로 공지된 Eluxyl 공정의 변형이 존재하기 때문에, 본 발명의 맥락에서 문제를 야기하기 않는다.

4 개의 크로마토그래피 구역은 하기와 같이 정의된다:

· 구역 1: 탈착제 (D) 의 주입과 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함된, 파라자일렌 탈착 구역;

· 구역 2: 추출물 (E) 의 인출과 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 주입 사이에 포함된, 파라자일렌 이성질체 탈착 구역;

· 구역 3: 공급물의 주입과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함된, 파라자일렌 흡착 구역;

· 구역 4: 라피네이트 (R) 의 인출과 탈착제 (D) 의 주입 사이에 위치한 구역.

유리하게는, 주어진 층으로의 탈착제의 2 회의 주입 사이의 시간에 상응하는 사이클 시간은, 3 내지 50 min 범위, 바람직하게는 5 내지 45 min 범위이다.

유리하게는, 자일렌 분리 공정은 175℃ ± 10℃ 의 온도, 및 공정 온도에서의 자일렌의 버블 압력 내지 3 MPa 범위의 압력에서 작동된다.

유리하게는, 재순환 비는 2.0 내지 8 범위, 바람직하게는 2.5 내지 5 범위이다. 재순환 비는, 흡착기의 다양한 층에서 흐르는 평균 유량과 흡착기로 공급물을 주입하는 유량 사이의 비로서 정의된다.

액체상 중의 물 함량은 80 내지 120 중량ppm 범위의 수준으로 유지된다.

본 발명에 따른 파라자일렌 분리 공정에서, 탈착제는 파라디에틸벤젠이다.

반응 혼합물로부터 분리하고자 하는 종에 대한 높은 흡착 능력 및 양호한 선택성 특성 이외에, 흡착제는 Ruthven 의 문헌 "Principles of Adsorption and Adsorption Processes" (John Wiley & Sons, (1984), 326 및 407 페이지) 에 제시된 바와 같이, 혼합물 중에 존재하는 종의 효율적인 분리를 수행하기 위한 충분한 수의 이론단 (theoretical plate) 을 보장하도록 양호한 물질 이송 특성을 가져야 한다.

흡착제의 층의 전반적인 물질 이송을 예측하기 위하여, 간단한 기술은 컬럼에 패킹된 흡착제가 컬럼 유입구에서 농도에 대한 작은 변화 (perturbation) 를 겪게되는 크로마토그래피 실험을 수행하는 것으로 이루어진다. 이러한 기술은 하기 문서에 기재되어 있다:

Silva, M. S. P.; Moreira, M. A.; Ferreira, A. F. P.; Santos, J. C.; Silva, V. M. T. M.; Sa Gomes, P.; Minceva, M.; Mota, J. P. B.; Rodrigues, A. E. "Adsorbant Evaluation Based on Experimental Breakthrough Curves: Separation of p-Xylene from C8 Isomers", Chem. Eng. Technol. 2012, 35, 1777-1785.

유입구에서의 농도의 작은 변화에 대한 반응으로, c(t) 로 표시되는, 시간의 함수로서의 컬럼의 유출구에서의 농도 앞부분 (concentration front) 의 분석은, 흡착 특성 및 전반적인 물질 이송을 예측하는데 사용될 수 있다.

유입구에서의 작은 변화가 농도의 함수일 때, 수행되는 실험은 "파과" 의 명칭으로 공지되어 있고, 시간의 함수로서 컬럼의 유출구에서 수득된 농도 앞부분은 "파과 곡선 (breakthrough curve)" 으로 공지되어 있다.

Karger, Ruthven 및 Theodorou 에 의한 문헌 "Diffusion in Nanopores" Wiley (2012) 에서, 모멘트 (moment) 방법에 의한 크로마토그래피 컬럼의 실험적 반응의 분석은 챕터 14, 페이지 464-465 에 기재되어 있다.

농도 c₀ 의 함수에 대한 반응으로서의 파과의 경우, 시간의 함수로서의 컬럼의 유출구에서의 농도 앞부분 c(t) 의 제 1 및 제 2 모멘트는, 하기 표현으로 제시된다:

μ, 파과 곡선의 제 1 모멘트, 즉 크로마토그래피 컬럼으로부터 농도 앞부분의 평균 유출 시간

:

σ ² , 파과 곡선을 중심으로 한 2 모멘트, 이는 농도 앞부분의 분산으로서 번역됨:

c(t) 는, 유입구에 도입된 작은 변화 c₀ 에 따른 시간의 함수로서의 농도 함수임.

σ ² 의 측정치가, 시험 장비의 라인 및 컬럼에서의 유체역학과 관련된 분산이 아니라, 흡착제에서의 전반적인 물질 이송을 나타낸다는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이러한 이유로, 파과 시험은 흡착제로 충전된 컬럼을 이용하여 수행된 시험에서와 동일한 조건 하에서 수행되어야 하지만, 컬럼은 흡착제 입자의 직경과 대략 동일한 직경을 갖는 유리 비드로 충전되어야 한다. 흡착제 존재 하에서 수득된 σ ² 의 측정치는 흡착제 부재 하에서 이러한 시험 동안 수득된 측정치 σ ² _blank 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 30 배 더 높아야 한다. 용어 "대략 동일한" 은, 플러스 또는 마이너스 10% 로 동일함을 의미한다.

사이클 시간은 공정의 오퍼레이터에 의해 케이스별로 정의되는, 공급물, 탈착제의 주입에 대한 유량, 및 추출물 및 라피네이트의 인출에 대한 유량과 같은 작동 파라미터 중 하나이다. 현 기술 수준에서 존재하는 체계적인 조정 방법은 없다.

본 발명은 하기 사이의 관계에 대하여 기재한다:

- 공급물 중 파라자일렌 유량, Q _PX 에 대한 탈착제 유량, Q _D 의 비로서 표현되는, 탈착제 비,

- 파과의 제 2 중심 모멘트 σ ² 의 생성물에 대한 제 1 파과 모멘트 μ 의 비에 의해 가중된, 공정의 최소 사이클 시간, t _cycle :

(L _lit 는 층의 길이이고, ε _i 는 고체 흡착제 스택의 다공도임).

따라서, 가중 사이클 시간은 실험적으로 수득된 파과 곡선의 제 1 및 제 2 모멘트, 및 층의 2 개의 파라미터 (이의 길이 (L _lit ) 및 이의 간극 다공도 (ε_i)) 인 파라미터의 군에 의해 사이클 시간과 관련지어 진다. 따라서, 가중 사이클 시간은 길이의 역수이며, 1/m 로 표현된다.

기재된 발명은 사이클 시간에 대한 가중 인자에 포함되는 공정의 구성 및 흡착제 고체의 물질 이송 특성과 관계없이 유효하다.

제 1 및 제 2 파과 모멘트는 파과 실험 동안 주입된 혼합물의 주어진 공탑 속도 (superficial velocity) 에 대하여 결정되며, 시험의 온도 조건, 즉 175℃ 및 주어진 컬럼 길이 1.00 m ± 0.01 m 하에서, 1.30 cm/s ± 0.05 cm/s 이다.

본 발명에 기재된 최적화된 조정은, 공급물 중 파라자일렌 농도에 대한 범위를 포함하는, 하기 3 개의 표에 제시되어 있다:

상기 3 개의 표에 정의된 지점은, 파라자일렌의 생산성이 고려 중인 탈착제 비에 대하여 최대값이라는 점에서 최적화된 조정을 나타낸다.

- 낮은 탈착제 비 또는 보다 작은 가중 사이클 시간으로의 조정은, 공정의 수율 및 순도 목표를 수득하는데 사용될 수 없다.

- 보다 높은 탈착제 비 또는 보다 높은 가중 사이클 시간에서의 조정은, 파라자일렌 생산성이 그의 최적화된 값보다 낮거나, 또는 탈착제 비가 생산성에 대하여 가능한 낮아지지 않는 성능을 수득하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이는 본 발명의 목적인, 이들 최적화된 조정에 가능한 근접하게 만든다.

본 발명은 하기 3 가지의 실시예로부터 보다 잘 이해될 것이다. 첫 번째는 본 발명에 따른 최적화된 방식으로 조정되는 유닛에 해당하고, 두 번째는 동일한 탈착제 비로 조정된 "성능 미달 (under-performing)" 유닛에 해당하고, 세 번째는 동일한 탈착제 비로 조정된 "과성능 (over-performing)" 유닛에 해당한다.

주입된 유체의 공탑 속도의 함수로서 감소된 제 2 모멘트

를 평가하기 위한 목적으로, 흡착제 상에서 파과 시험 (크로마토그래피 앞부분) 을 수행하였다. 파과는 흡착제로 충전된 컬럼을 통해 흡착될 수 있는 1 종 이상의 화합물을 함유하는 공급물을 지속적으로 주입하는 것으로 이루어진다. 컬럼을 용매로 사전-포화시켰다. 사용된 컬럼의 길이는 1.00 미터였고, 내부 직경은 0.77 cm 였으며, 이러한 시험을 위한 흡착제 고체의 양은 대략 40 g 이었다.

파과 곡선을 수득하기 위한 작동 방식은 하기와 같았다:

· 컬럼을 탈착제 고체로 충전하고, 시험 벤치 상에 위치시킴.

· 주위 온도에서 용매를 충전함.

· 용매의 스트림에서 흡착 온도를 점진적으로 상승시킴 (주위 온도에서 유량은 5 cm³/min 로 설정됨).

· 흡착 온도에 도달했을 때, 용매를 30 cm³/min (주위 온도에서 설정된 유량) 로 주입함.

· 공급물을 주입하기 위한 용매/공급물 치환 (permutation) (주위 온도에서 유량은 30 cm³/min 로 설정됨).

· 요구되는 바와 같은 밀봉된 바이알 내 파과 유출물의 연속 수집, 및 기상 크로마토그래피에 의한 바이알 내 수집된 유출물의 측정 및 분석.

· 열역학적 평형을 수득하는데 충분한 시간 동안 (즉, 유출물 중 용매의 농도가 0 이 될 때까지) 공급물의 주입을 유지함 .

파과 곡선을 수득하기 위하여, 사용된 용매는 오르토자일렌이었다. 사용된 공급물은 오로지 메타자일렌으로만 이루어져 있었다.

시험을 175℃ 의 흡착 온도에서 수행하였다. 압력은, 공급물을 액상으로 유지하는데 충분한, 즉 1 MPa 였다.

2 가지 시험을 수행하였다: 400-600 ㎛ 의 입자 크기를 갖는 유리 비드가 충전된 컬럼을 이용한 시험 (이로부터 σ ² _blank 를 평가함), 400-600 ㎛ 의 입자 크기를 갖는 흡착제가 충전된 상기와 같은 컬럼 (또는 동일한 컬럼) 을 이용한 두 번째 시험 (이로부터 제 1 모멘트 μ 및 제 2 중심 모멘트 σ ² 를 계산함).

결과는 하기 표 4 에 요약되어 있다:

실시예 1 (최적으로 조정된 유닛):

공급물 주입, 탈착제 주입, 추출물 인출 및 라피네이트 인출을 포함하는, 각각 길이 1.24 m, 간극 다공도 39.6%, 및 내부 반경 1.05 m 를 갖는 15 개의 층으로 구성된, 모사 이동층 유닛을 구상하였다.

고려 중인 흡착제는, 비 μ/σ ² = 7.69 1/min 로의 상기에 기재된 방법을 사용하여 파과를 통해 특징지어지는, 유형 BaX 제올라이트성 고체였다.

탈착제는 파라디에틸벤젠이었다. 온도는 175℃ 였고; 압력은 15 bar 였다. 수분 함량은 95 중량ppm 이었다.

분리하고자 하는 공급물은 50% 의 파라자일렌, 17.3% 의 오르토자일렌, 22.7% 의 메타자일렌 및 10% 의 에틸벤젠으로 구성되어 있었다.

다양한 주입 또는 인출 지점에 대한 이동은 동시적이었다. 층은 3/5/5/2 의 구성에 따른 4 개의 크로마토그래피 구역으로 나뉘어져 있었다.

공급물 및 탈착제에 대한 주입 유량은 하기와 같았다:

공급물의 경우 0.393 m³.min^-1

탈착제의 경우 0.591 m³.min^-1.

또한, 구역 4 에 대한 유량은 1.527 m³.min^-1 였고, 추출물 인출 유량은 0.377 m³.min^-1 였다. 가중 사이클 시간은 396.1 m^-1 였다.

모사 실험에 의해, 파라자일렌 순도 99.78%, 파라자일렌 수율 97.7%, 생산성 146.0 kg_PX.h^-1.m^-3 를 수득하였다.

파라자일렌의 순도 및 수율에 관한 이러한 성능 수준은, 공정의 목표에 부합하였고, 후속 실시예에 대한 참조로서 취해졌다.

실시예 2 ("성능-미달" 유닛):

실시예 1 에 제시된 바와 같은 파라자일렌의 순도 및 수율에 관하여 최적으로 조정된 것으로 간주되는 유닛으로부터 출발하여, 동일한 탈착제 비를 유지하면서, 생산성을 개선하기 위하여 사이클 시간을 감소시켜야 했다.

마찬가지로, 공급물 주입, 탈착제 주입, 추출물 인출 및 라피네이트 인출을 포함하는, 길이 1.24 m, 간극 다공도 39.6%, 및 내부 반경 1.05 m 를 갖는 15 개의 층으로 구성된, 모사 이동층 유닛을 구상하였다.

고려 중인 흡착제는, 비 μ/σ ² = 7.69 1/min 로의 상기에 기재된 방법을 사용하여 파과를 통해 특징지어지는, 유형 BaX 제올라이트성 고체였다.

탈착제는 파라디에틸벤젠이었다. 온도는 175℃ 였고; 압력은 15 bar 였다. 수분 함량은 95 중량ppm 이었다.

분리하고자 하는 공급물은 50% 의 파라자일렌, 17.3% 의 오르토자일렌, 22.7% 의 메타자일렌 및 10% 의 에틸벤젠으로 구성되어 있었다.

다양한 주입 또는 인출 지점에 대한 이동은 동시적이었다. 층은 3/5/5/2 의 구성에 따른 4 개의 크로마토그래피 구역으로 나뉘어져 있었다.

공급물 및 탈착제에 대한 주입 유량은 하기와 같았다:

공급물의 경우 0.431 m³.min^-1

탈착제의 경우 0.648 m³.min^-1.

또한, 구역 4 에 대한 유량은 1.676 m³.min^-1 였고, 추출물 인출 유량은 0.414 m³.min^-1 였다. 가중 사이클 시간은 360.8 m^-1 였다.

모사 실험에 의해, 파라자일렌 순도 99.69%, 파라자일렌 수율 97.3%, 생산성 159.6 kg_PX.h^-1.m^-3 을 수득하였다. 따라서, 이러한 방식으로 조정된 유닛은, 각각 99.78% 및 97.7% 인 목표 순도 및 수율에 비해 "성능-미달" 유닛이었다.

실시예 3 ("과성능" 유닛):

실시예 1 에서 구상된 유닛에서 출발하여, 동일한 탈착제 비를 유지하면서, 파라자일렌 수율 및 순도의 관점에서 성능을 개선시키기 위하여 사이클 시간을 증가시켜야 했다.

마찬가지로, 공급물 주입, 탈착제 주입, 추출물 인출 및 라피네이트 인출을 포함하는, 길이 1.24 m, 간극 다공도 39.6%, 및 내부 반경 1.05 m 를 갖는 15 개의 층으로 구성된, 모사 이동층 유닛을 구상하였다.

고려 중인 흡착제는, 비 μ/σ ² = 7.69 1/min 로의 상기에 기재된 방법을 사용하여 파과를 통해 특징지어지는, 유형 BaX 제올라이트성 고체였다.

탈착제는 파라디에틸벤젠이었다. 온도는 175℃ 였고; 압력은 15 bar 였다. 수분 함량은 95 중량ppm 이었다.

분리하고자 하는 공급물은 50% 의 파라자일렌, 17.3% 의 오르토자일렌, 22.7% 의 메타자일렌 및 10% 의 에틸벤젠으로 구성되어 있었다.

다양한 주입 또는 인출 지점에 대한 이동은 동시적이었다. 층은 3/5/5/2 의 구성에 따른 4 개의 크로마토그래피 구역으로 나뉘어져 있었다.

공급물 및 탈착제에 대한 주입 유량은 하기와 같았다:

공급물의 경우 0.361 m³.min^-1

탈착제의 경우 0.542 m³.min^-1.

또한, 구역 4 에 대한 유량은 1.402 m³.min^-1 였고, 추출물 인출 유량은 0.346 m³.min^-1 였다. 가중 사이클 시간은 431.4 m^-1 였다.

모사 실험에 의해, 파라자일렌 순도 99.84%, 파라자일렌 수율 97.9%, 생산성 134.4 kg_PX.h^-1.m^-3 을 수득하였다. 따라서, 이러한 방식으로 조정된 유닛은, 각각 99.78% 및 97.7% 인 목표 순도 및 수율에 비해 "과성능" 유닛이었다.

이들 실시예는, 주어진 탈착제 비에 대하여 최적화된 성능, 즉 이들 조정에 대한 최대 생산성 뿐 아니라, 파라자일렌 수율 및 순도에 대한 목표 수준을 동시에 수득하는데 사용될 수 있는 사이클 시간을 결정하기 위하여, 본 발명에 따른 공정을 조정하는 중요성을 분명하게 예시한다.

Claims (4)

1. 파라자일렌의 순도 및 수율을 최적화시키기 위하여 모사 이동층 (simulated moving bed) 에서 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 자일렌을 분리하는 공정으로서,
   공급물 (F) 중 파라자일렌의 중량 함량은 25.01 중량% 내지 60 중량% 범위이고,
   상기 공정을 실행하는 유닛은 4 내지 24 개 범위, 바람직하게는 6 내지 18 개 범위, 및 더욱 바람직하게는 8 내지 15 개 범위의 층 (bed) 의 수를 사용하고,
   각종 구역에서의 층의 분포는 층의 총 수 (N_총) 에 관계없이 유효한, 하기 일반식:
   Nz1 = (N_총 * 5/24) * (1 ± 0.2)
   Nz2 = (N_총 * 9/24) * (1 ± 0.2)
   Nz3 = (N_총 * 7/24) * (1 ± 0.2)
   Nz4 = (N_총 * 3/24) * (1 ± 0.2)
   으로 주어지고, 여기서 지수 z 는 고려 중인 구역에서의 층의 수를 나타내고, 두 번째 지수는 고려 중인 구역을 나타내며,
   4 개의 크로마토그래피 구역은 하기와 같이 정의되고:
   · 구역 1: 탈착제 (D) 의 주입과 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함된, 파라자일렌 탈착 구역;
   · 구역 2: 추출물 (E) 의 인출과 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 주입 사이에 포함된, 파라자일렌 이성질체 탈착 구역;
   · 구역 3: 공급물 (F) 의 주입과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함된, 파라자일렌 흡착 구역;
   · 구역 4: 라피네이트 (R) 의 인출과 탈착제 (D) 의 주입 사이에 위치한 구역,
   - 최적화된 사이클 시간 (컬럼의 동일한 위치로의 탈착제의 2 회의 주입을 분리하는 시간 간격) 은, 보정 인자:
   

   

   에 의해 가중 사이클 시간 (cycle time weighted) 으로부터 결정되고,
   - 파라미터

   

   는, 층의 길이 (L _lit ) 및 층의 간극 다공도 (ε _i ) 를 알면, 파과 (breakthrough) 실험 (이때 유리 비드의 직경이 대략 흡착제의 입자의 직경과 동일한 유리 비드를 이용함) 에 의해, 흡착제 존재 하에서 수득된 σ ² 의 측정치가 흡착제 부재 하에서 수행된 시험 동안 수득된 측정치 σ ² _blank 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 30 배 더 높게 되도록 자체 결정되고,
   - 파라자일렌 유량에 대한 탈착제 유량의 비 (Q_D/Q_PX), 따라서 최적화된 탈착제 유량은, 공급물 중 파라자일렌 함량의 함수로서 하기 3 개의 표에 의해 결정되는,
   모사 이동층에서 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 자일렌을 분리하는 공정:
   

   

   
   

   

   
   

   

   .
2. 제 1 항에 있어서, 작동 온도가 100℃ 내지 250℃ 범위, 바람직하게는 120℃ 내지 180℃ 범위이고, 압력이 공급물을 구성하는 자일렌 혼합물의 버블 (bubble) 압력 내지 3 MPa 인, 모사 이동층에서 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 자일렌을 분리하는 공정.
3. 제 1 항에 있어서, 공급물 중 물 함량이 70 내지 140 ppm 범위, 바람직하게는 80 내지 120 ppm 범위인, 모사 이동층에서 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 자일렌을 분리하는 공정.
4. 제 1 항에 있어서, 탈착제가 파라디에틸벤젠인, 모사 이동층에서 분별하고자 하는 공급물 (F) 의 자일렌을 분리하는 공정.